RU130094U1 - ELECTRO-OPTICAL MODULATOR OF POLARIZED RADIATION - Google Patents

ELECTRO-OPTICAL MODULATOR OF POLARIZED RADIATION Download PDF

Info

Publication number
RU130094U1
RU130094U1 RU2013107852/28U RU2013107852U RU130094U1 RU 130094 U1 RU130094 U1 RU 130094U1 RU 2013107852/28 U RU2013107852/28 U RU 2013107852/28U RU 2013107852 U RU2013107852 U RU 2013107852U RU 130094 U1 RU130094 U1 RU 130094U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electro
crystal
optical
indium
coatings
Prior art date
Application number
RU2013107852/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Прошин
Валерий Иосифович Скоморовский
Галина Ивановна Кушталь
Михаил Степанович Мамченко
Валерий Анатольевич Химич
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН)
Priority to RU2013107852/28U priority Critical patent/RU130094U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU130094U1 publication Critical patent/RU130094U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

Электрооптический модулятор поляризованного излучения, включающий кристалл с продольным электрооптическим эффектом и прозрачные токопроводящие покрытия из оксида индия и олова, нанесенные непосредственно на рабочие поверхности кристалла, отличающийся тем, что модулирующее напряжение к прозрачным токопроводящим покрытиям подведено в кольцевой зоне по всему периметру покрытия через контактные кольца, которые диффузно скреплены индием с токопроводящими покрытиями кристалла.An electro-optical modulator of polarized radiation, including a crystal with a longitudinal electro-optical effect and transparent conductive coatings of indium and tin oxide, deposited directly on the working surfaces of the crystal, characterized in that the modulating voltage to the transparent conductive coatings is applied in the annular zone around the entire perimeter of the coating through contact rings, which are diffusely bonded by indium with conductive crystal coatings.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к элементам поляризационной оптики, предназначенным для преобразования состояния поляризации излучения в оптических системах, и может быть использована в поляризационных измерениях, в частности, в солнечных магнитографах.The utility model relates to optical instrumentation, namely, to elements of polarization optics intended to convert the state of radiation polarization in optical systems, and can be used in polarization measurements, in particular, in solar magnetographs.

В настоящее время остро ощущается необходимость решения проблемы эффективного анализа и управления параметрами поляризации солнечного излучения для измерения магнитных полей как на высоких частотах для уменьшения влияния атмосферного дрожания, так и на очень низких частотах, на которых работают малошумящие приемники излучения. В составе фотоэлектрического анализатора полного состояния поляризации используются модуляторы поляризации излучения, которые вносят переменный фазовый сдвиг для определения всех параметров Стокса и получения полного вектора магнитного поля в солнечных магнитографах [1, 2].Currently, there is an acute need to solve the problem of effective analysis and control of the polarization parameters of solar radiation for measuring magnetic fields both at high frequencies to reduce the effect of atmospheric jitter, and at very low frequencies at which low-noise radiation receivers operate. The photoelectric analyzer of the full state of polarization uses radiation polarization modulators that introduce an alternating phase shift to determine all the Stokes parameters and obtain the full magnetic field vector in solar magnetographs [1, 2].

Целью изобретения является увеличение срока службы и улучшение эксплуатационных характеристик модулятора для управления поляризацией излучения в широком диапазоне частот при любой форме управляющих напряжений (синусоидальной или прямоугольной).The aim of the invention is to increase the service life and improve the operational characteristics of the modulator for controlling the polarization of radiation in a wide frequency range for any form of control voltage (sinusoidal or rectangular).

В поляриметрических измерениях наиболее распространены электрооптические модуляторы (ЭОМ), основанные на продольном электрооптическом эффекте в твердых кристаллах (эффект Поккельса), несмотря на необходимость приложения высокого напряжения для получения значительной разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами. Обычно кристалл модулятора помещают в кювету, заполненную иммерсионной жидкостью, а внутренние боковые прозрачные стенки кюветы с нанесенным токопроводящим покрытием образуют систему электродов [2, З]. По сути своей ячейка Поккельса является электрическим конденсатором. Емкость такого конденсатора, его собственные токи утечки в значительной степени определяется конструкцией ячейки. Частотный интервал ЭОМ современных магнитографов, как правило, лежит в области 1 кГц. По мере развития сложных многоканальных систем частота модуляции снижалась, и могла составлять от 8 до 0.5 Гц. Ячейка Поккельса на основе электрооптического кристалла ДКДР (дейтерированный дигидрофосфат калия) находит применение для быстрой модуляции поляризации. Управляющее полуволновое напряжение для этих кристаллов 3600 вольт (при длине волны оптического излучения λ 6328 А). Однако применение низкочастотной прямоугольной модуляции приводит к «заваливанию» фронтов сигнала и к уменьшению глубины модуляцию, как следствие проявления эффекта поляризуемости в электрооптическом кристалле, помещенном в кювету [3]. Фактически в этом случае, электрооптический эффект хорошо проявляется при переменном управляющем напряжении на частотах выше 50 герц и существенно меньше или полностью отсутствует при низких частотах (единицы герц) и постоянном напряжении [4].In polarimetric measurements, electro-optical modulators (EOMs) based on the longitudinal electro-optical effect in solid crystals (Pockels effect) are most common, despite the need to apply high voltage to obtain a significant phase difference between the ordinary and extraordinary rays. Typically, the modulator crystal is placed in a cuvette filled with immersion liquid, and the inner side transparent walls of the cuvette coated with a conductive coating form an electrode system [2, 3]. In essence, the Pockels cell is an electric capacitor. The capacity of such a capacitor, its own leakage currents, is largely determined by the design of the cell. The frequency interval of EOM of modern magnetographs, as a rule, lies in the region of 1 kHz. As complex multichannel systems developed, the modulation frequency decreased, and could be from 8 to 0.5 Hz. A Pockels cell based on an electro-optical DCDR crystal (deuterated potassium dihydrogen phosphate) is used to quickly modulate polarization. The control half-wave voltage for these crystals is 3600 volts (at a wavelength of optical radiation of λ 6328 A). However, the use of low-frequency rectangular modulation leads to a “collapse” of the signal fronts and to a decrease in the modulation depth, as a result of the manifestation of the polarizability effect in an electro-optical crystal placed in a cuvette [3]. In fact, in this case, the electro-optical effect is well manifested at an alternating control voltage at frequencies above 50 hertz and substantially less or completely absent at low frequencies (units of hertz) and constant voltage [4].

Для расширения частотного диапазона электрооптических модуляторов прозрачную электропроводящую среду примыкают непосредственно к поверхностям электрооптического кристалла. Известны модуляторы, в которых напряжение подводится к электрооптическому кристаллу с помощью электропроводящей жидкости, помещенной в отдельные прозрачные кюветы или непосредственно примыкающие к кристаллу [5]. Однако такие модуляторы имеют сложную конструкцию для обеспечения жидких электродов и защиты кристаллов от растворения и работоспособны в ограниченном интервале рабочих температур. В электрооптической ячейке с плазменными электродами [6, 7] управляющее напряжение подводится к торцам (рабочим поверхностям) электрооптического кристалла КДР (калия дигидрофосфат) через разреженную газовую плазму, созданную ионизирующим электрическим импульсом. Плазма, прозрачная для входящего излучения, играет роль проводящих электродов плоского конденсатора, внутри которого находится электрооптический кристалл.To expand the frequency range of electro-optical modulators, a transparent conductive medium is adjacent directly to the surfaces of the electro-optical crystal. Known modulators in which voltage is applied to an electro-optical crystal using an electrically conductive liquid placed in separate transparent cuvettes or directly adjacent to the crystal [5]. However, such modulators have a complex structure to provide liquid electrodes and protect crystals from dissolution and are operable in a limited range of operating temperatures. In an electro-optical cell with plasma electrodes [6, 7], the control voltage is applied to the ends (working surfaces) of the KDP electro-optical crystal (potassium dihydrogen phosphate) through a rarefied gas plasma created by an ionizing electric pulse. Plasma transparent to incoming radiation plays the role of conducting electrodes of a flat capacitor, inside which there is an electro-optical crystal.

Однако для получения плазмы, требуемой для эффективной работы плазменных электродов необходимы вакуумное оборудование, источники питания, плазменный импульсный генератор для тока разряда и др. Вблизи пика тока этого разряда включается генератор, который заряжает КДР кристалл до требуемого напряжения. Фактически это устройство дает крутые фронты пропускаемого излучения, может работать как источник отдельных импульсов, но не может работать как непрерывный модулятор излучения.However, to obtain the plasma required for the effective operation of the plasma electrodes, vacuum equipment, power supplies, a plasma pulse generator for the discharge current, etc. are required. Near the peak current of this discharge, a generator is turned on, which charges the KDR crystal to the required voltage. In fact, this device gives steep fronts of transmitted radiation, can work as a source of individual pulses, but cannot work as a continuous radiation modulator.

Наиболее близким техническим решением является модулятор поляризации [8], в котором прозрачная электропроводящая среда нанесена на поверхности электрооптического кристалла, обладающего продольным электрооптическим эффектом Поккельса. Модулятор включает электрооптический кристалл с прозрачными токопроводящими электродами - покрытиями из смеси оксида индия и оксида олова, нанесенными непосредственно на рабочие поверхности кристалла. Кристалл помещен в защитный корпус в иммерсию между оптическими окнами. Подвод модулирующего напряжения к токопроводящему покрытию на поверхностях кристалла осуществляется локально через высоковольтный вывод.The closest technical solution is the polarization modulator [8], in which a transparent electrically conductive medium is deposited on the surface of an electro-optical crystal with a longitudinal electro-optical Pockels effect. The modulator includes an electro-optical crystal with transparent conductive electrodes - coatings of a mixture of indium oxide and tin oxide deposited directly on the working surfaces of the crystal. The crystal is placed in a protective case in immersion between the optical windows. The supply of modulating voltage to the conductive coating on the crystal surfaces is carried out locally through a high-voltage output.

Однако такое решение имеет недостатки. Несмотря на то, что в оптических модуляторах нагрузка чисто емкостная, величина подводимых токов может достигать значительной величины за счет крутизны фронтов, которую стремятся сделать как можно высокой. Поэтому локальное присоединение высоковольтных вводов к токопроводящему покрытию вызывает разрушение токопроводящего прозрачного покрытия из-за значительной плотности тока в точке контакта. Кроме того при использовании токопроводящих клеев для закрепления вводов с покрытием происходит разрушение водорастворимого кристалла ДКДР от влаги, адсорбированной клеем. Эти факторы значительно снижают эксплуатационные характеристики и срок работоспособности модулятора.However, this solution has disadvantages. Despite the fact that in optical modulators the load is purely capacitive, the magnitude of the supplied currents can reach a significant value due to the steepness of the fronts, which they strive to make as high as possible. Therefore, the local connection of high-voltage bushings to the conductive coating causes the destruction of the conductive transparent coating due to the significant current density at the contact point. In addition, when using conductive adhesives to fix coated bushings, the water-soluble DCDR crystal is destroyed by moisture adsorbed by the adhesive. These factors significantly reduce the operational characteristics and the lifespan of the modulator.

В предлагаемой конструкции высоковольтный ввод осуществляется через контактные кольца по всему периметру токопроводящего покрытия рабочей поверхности электрооптического кристалла вне рабочей зоны. В качестве токопроводящего крепления кольца к покрытию используется диффузионное сцепление с помощью металлического индия, который обладает хорошей адгезией к большинству материалов и высокой пластичностью. Последнее качество важно, так как кристалл вибрирует при подаче переменного напряжения вследствие эффекта электрострикции. Само контактное кольцо со стороны кристалла имеет такое же токопроводящее покрытие, как и электрооптический кристалл.In the proposed design, the high-voltage input is carried out through contact rings around the entire perimeter of the conductive coating of the working surface of the electro-optical crystal outside the working area. As a conductive fastening of the ring to the coating, diffusion bonding using indium metal is used, which has good adhesion to most materials and high ductility. The latter quality is important, since the crystal vibrates when an alternating voltage is applied due to the effect of electrostriction. The contact ring itself on the crystal side has the same conductive coating as the electro-optical crystal.

Схематическое изображение (сборки) электрооптического модулятора в оправе представлено на рисунке 1.A schematic representation (assembly) of the electro-optical modulator in the frame is shown in Figure 1.

Электрооптический кристалл 1 имеет на двух рабочих поверхностях токопроводящие прозрачные покрытия 2. Управляющий сигнал подключается к модулятору с помощью клемм 10, и далее к токопроводящим прозрачным покрытиям обеих поверхностей электрооптического кристалла напряжение подводится по всему периметру через электропроводящие контактные кольца 3, которые со стороны кристалла имеют такое же токопроводящее покрытие 4. Контактные кольца прикреплены к токопроводящим поверхностям электрооптического кристалла с помощью кольцевой прокладки из индия 5 за счет диффузии индия и в контактные кольца и в кристалл при соединении под давлением. Сборка - электрооптический кристалл с контактными кольцами - помещена в оправу 6. Рабочие поверхности электрооптического кристалла защищены от воздействия внешней атмосферы оптическими окнами 7, расположенными на иммерсии 8 внутри контактных колец, а боковая поверхность электрооптического кристалла и контактные кольца защищены герметикой 9 и оправой 6.The electro-optical crystal 1 has conductive transparent coatings 2 on two working surfaces. The control signal is connected to the modulator using terminals 10, and then voltage is applied to the conductive transparent coatings of both surfaces of the electro-optical crystal along the entire perimeter through electrically conductive contact rings 3, which have such same conductive coating 4. The contact rings are attached to the conductive surfaces of the electro-optical crystal using an annular gasket from indium 5 due to diffusion of indium into both the contact rings and the crystal when connected under pressure. The assembly, an electro-optical crystal with slip rings, is placed in a frame 6. The working surfaces of the electro-optical crystal are protected from the external atmosphere by optical windows 7 located on immersion 8 inside the slip rings, and the side surface of the electro-optical crystal and slip rings are protected by a sealant 9 and a frame 6.

В ходе испытаний доказана длительная работоспособность устройства в режиме постоянного и переменного управляющих сигналов, при этом электрическая прочность конструкции позволяет достигать полуволновых напряжений в видимой области спектра. Модуляторы поляризованного излучения успешно прошли испытания, проработав в течение 2 лет в Саянской и Байкальской солнечных обсерваториях.During the tests, the long-term operability of the device in the mode of constant and variable control signals was proved, while the electric strength of the structure allows reaching half-wave voltages in the visible region of the spectrum. Modulators of polarized radiation have successfully passed tests, having worked for 2 years at the Sayan and Baikal solar observatories.

Список использованных источниковList of sources used

1. Д.Ю.Колобов, Н.И.Кобанов, В.М.Григорьев // Приборы и техника эксперимента. - 2008. №1, С.136-141.1. D.Yu. Kolobov, NI Kobanov, V. M. Grigoriev // Instruments and experimental technique. - 2008. No. 1, S.136-141.

2. Е.Р.Мустель, В.Н.Парыгин. Методы модуляции и сканирования света М.: Наука, 1970. - 296 с.2. E.R. Mustel, V.N. Parygin. Methods of modulation and scanning of light M .: Nauka, 1970. - 296 p.

3. В.М.Григорьев, Н.И.Кобанов. Phisica Solari-Terrestris. 1980. Vol.14. P.77-80. Potsdam. DDR.3. V.M. Grigoriev, N.I. Kobanov. Phisica Solari-Terrestris. 1980. Vol. 14. P.77-80. Potsdam. DDR

4. В.С.Марков, Г.Н.Домышев, В.И.Скоморовский. Работа электрооптического модулятора магнитографа на низких частотах. II. Нестабильность действующего напряжения в электрооптическом кристалле. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, выпуск 83, с 141-149. М.:, Наука, 1988.4. V.S. Markov, G.N. Domyshev, V.I. Skomorovsky. Work electro-optical modulator magnetograph at low frequencies. II. Instability of the current voltage in the electro-optical crystal. Research on geomagnetism, aeronomy, and solar physics, issue 83, pp. 141-149. M .: Science, 1988.

5. М.М.Волынкин, В.А.Малинов, Н.В.Никитин, А.Д.Стариков, А.В.Чарухчев. Электрооптический затвор большой апертуры с жидкими электродами. О.М.П. 1986, №1, с.10-11.5. M.M.Volynkin, V.A. Malinov, N.V. Nikitin, A.D. Starikov, A.V. Charukhchev. Electro-optical shutter of a large aperture with liquid electrodes. O.M.P. 1986, No. 1, pp. 10-11.

6. M.A.Rhodes, C.D.Boley, A.G.Tarditi, B.s.Bauer, Plasma Electrode Pockels Cell for ICF Lasers, SPIE Proc, vol.2633, 1997, p.94-1046. M.A. Rhodes, C.D. Boley, A.G. Tarditi, B.s.Bauer, Plasma Electrode Pockels Cell for ICF Lasers, SPIE Proc, vol. 2633, 1997, p. 94-104

7. Н.Андреев, А.Бабаин, В.Бредихин, В.Ершов. Производство крупногабаритной оптики из водорастворимых кристаллов. Фотоника, 2007, №5, 34-37.7. N. Andreev, A. Babain, V. Bredikhin, V. Ershov. Production of large-sized optics from water-soluble crystals. Photonics, 2007, No. 5, 34-37.

8. Бородин А.Н., Петров А.С., Домышев Г.Н., Скоморовский В.И. «Электрооптический фазовый модулятор», Патент RU 2248601 G02F 1/038. Borodin A.N., Petrov A.S., Domyshev G.N., Skomorovsky V.I. "Electro-optical phase modulator", Patent RU 2248601 G02F 1/03

Claims (1)

Электрооптический модулятор поляризованного излучения, включающий кристалл с продольным электрооптическим эффектом и прозрачные токопроводящие покрытия из оксида индия и олова, нанесенные непосредственно на рабочие поверхности кристалла, отличающийся тем, что модулирующее напряжение к прозрачным токопроводящим покрытиям подведено в кольцевой зоне по всему периметру покрытия через контактные кольца, которые диффузно скреплены индием с токопроводящими покрытиями кристалла.
Figure 00000001
An electro-optical modulator of polarized radiation, including a crystal with a longitudinal electro-optical effect and transparent conductive coatings of indium and tin oxide, deposited directly on the working surfaces of the crystal, characterized in that the modulating voltage to the transparent conductive coatings is applied in the annular zone around the entire perimeter of the coating through contact rings, which are diffusely bonded by indium with conductive crystal coatings.
Figure 00000001
RU2013107852/28U 2013-02-21 2013-02-21 ELECTRO-OPTICAL MODULATOR OF POLARIZED RADIATION RU130094U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107852/28U RU130094U1 (en) 2013-02-21 2013-02-21 ELECTRO-OPTICAL MODULATOR OF POLARIZED RADIATION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107852/28U RU130094U1 (en) 2013-02-21 2013-02-21 ELECTRO-OPTICAL MODULATOR OF POLARIZED RADIATION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU130094U1 true RU130094U1 (en) 2013-07-10

Family

ID=48787894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013107852/28U RU130094U1 (en) 2013-02-21 2013-02-21 ELECTRO-OPTICAL MODULATOR OF POLARIZED RADIATION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU130094U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106654845A (en) * 2016-11-28 2017-05-10 济南晶众光电科技有限公司 Integrated electro-optical Q-switch
RU2817826C1 (en) * 2023-11-20 2024-04-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН) Polarized radiation electro-optical modulator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106654845A (en) * 2016-11-28 2017-05-10 济南晶众光电科技有限公司 Integrated electro-optical Q-switch
RU2817826C1 (en) * 2023-11-20 2024-04-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН) Polarized radiation electro-optical modulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vicario et al. GV/m single-cycle terahertz fields from a laser-driven large-size partitioned organic crystal
Dai et al. Detection of broadband terahertz waves with a laser-induced plasma in gases
Liu et al. Coherent control of boosted terahertz radiation from air plasma pumped by a femtosecond three-color sawtooth field
Zhou et al. Generation of broadband optical frequency comb with rectangular envelope using cascaded intensity and dual-parallel modulators
JP2018097159A (en) Thin-plate ln light control device
RU130094U1 (en) ELECTRO-OPTICAL MODULATOR OF POLARIZED RADIATION
CN106124857A (en) A kind of Microwave photonics frequency measuring equipment based on electric light Fa-Po cavity
Burns et al. Multi-octave operation of low-biased modulators by balanced detection
Kobayashi et al. Applications of parametric processes to high-quality multicolour ultrashort pulses, pulse cleaning and CEP stable sub-3fs pulse
US7420685B1 (en) Dispersion-free, automatically phase-matched, and broad spectral-band femtosecond autocorrelation technique
Feng et al. Excitation-wavelength-dependent THz wave modulation via external bias electric field
RU2817826C1 (en) Polarized radiation electro-optical modulator
Vicario et al. Laser-driven generation of intense single-cycle THz field
US11733584B2 (en) Wavelength conversion apparatus
US20230349957A1 (en) Electrometry by Optical Charge Conversion of Defects in the Solid-State
Bacon et al. Photoconductive Arrays for High-Field Terahertz Generation
Jeon et al. Electro-Optic Coefficient Measurements for Zn x Cd 1-x Te Single Crystals at 1550 nm Wavelength
CN2569271Y (en) Crystal photoelectric modulator
Enemark et al. A Pockels cell light modulator for wide angle radiation
Stallard et al. LiNbO3 Optical Frequency translators for coherent optical fibre systems
Bitou et al. Fast response PROM using GaAs single crystal
Wahlstrand et al. Electric field-induced quantum interference control in a semiconductor: A new manifestation of the Franz-Keldysh effect
Tadokoro et al. Transition from insulating to conducting states induced by intense terahertz pulses in aggregate of metal particles
Warde et al. LiNbO [sub] 3 [/sub] and LiTaO [sub] 3 [/sub] Microchannel Spatial Light Modulators
Matsubara et al. Gapless Sensitive Detection of Ultrabroadband Infrared Pulses Using Single Crystal of Diamond

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20140222